基于格子玻尔兹曼法的多孔介质的单组分以及多相流体流动模拟(IJEM-V2-N2-7)
格子Boltzmann
格子Boltzmann 方法模拟C/C 复合材料 颗粒沉积过程 罗思璇 () Particle Deposition Process Simulation in C/C Composites by Lattice-Boltzmann Method Luo Sixuan () Abstract: Lattice Boltzmann method is used here to study the particle deposition process on C/C composites surface. This method considered the boudary condition change during particle deposition. Finally, the deposition pattern is obtained. Keywords: LB Method; flow-particle coupling; C/C composites; deposition 摘要：本文使用格子Boltzmann 方法研究了固体火箭发动机中C/C 复合材料表面上颗粒的沉积模态。该方法考虑了沉积过程中边界形貌的变化对流场的影响，最终得到了颗粒在碳纤维表面的沉积形态。 关键词：LB 方法；流固耦合；C/C 复合材料；沉积 0 引言 C/C 复合材料是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温热结构材料，具有密度小，比强度大、热膨胀系数低、热导率高等特点，是理想的航空航天高温材料[1, 2]。 C/C 复合材料在工作过程中其表面流过的工质为高温燃气。高温燃气中通常带有燃烧产生的固体颗粒，如选用较高比冲的含铝推进剂时会产生一定量的凝聚相(Al2O3颗粒)。固体颗粒在C/C 复合材料表面的沉积、冲刷及烧蚀会造成材料内型面的破坏，甚至影响气动性能。 本文使用格子Boltzmann 方法模拟C/C 复合材料中碳纤维上颗粒沉积过程及形态。 1模拟流场的格子Boltzmann 模型 格子Boltzmann 方法是近二十年来刚发展起来的，一种以“半晶格分离法”为处理方式的新型热量逐级传递数值方法,最初是在研究电磁场中的流动现象时被提出的，并且该方法可以确定流体域、固体域和温度场在边界处的连续性,十分适合针对复杂几何形状流固耦合传热问题的数值分析。与传统的经典CFD 方法相比，格子波尔兹曼算法具有很多优点。因而近年来受到国内外学者的广泛关注,并迅速在气固两相流和传热等研究领域得到应用。 格子Boltzmann 方法将流体抽象为微观的虚拟颗粒，通过这些颗粒在规则的网格点上进行碰撞和迁移来达到模拟流场的目的。分布函数f i (x ,t )表示t 时刻，x 网格点上，速度为c i 流体颗粒的概率密度，流场的宏观量通过对分布函数进行统计而得到。本文使用D3Q15模型模拟流场，流体宏观密度ρ和动量ρu 计算如下： 10 Q i i f ρ-==∑，1 Q i i i f ρ-==∑u c (1) 本文使用BGK 碰撞算子[3]，流场演化方程为： eq (,)(,)[(,)(,)]i i i i i f x t t t f x t f x t f x t τ+??+?-=-c (2) 其中?t 为时间步长，τ为无量纲松弛时间，eq i f 为平衡态分布函数，在D2Q9模型中如下计算：
方格网法计算土方量教材及例题
一、读识方格网图 方格网图由设计单位(一般在1：500的地形图上)将场地划分为边长a=10～40m的若干方格,与测量的纵横坐标相对应,在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn),如图1-3所示. 图1-3 方格网法计算土方工程量图 二、场地平整土方计算 考虑的因素： ①满足生产工艺和运输的要求； ②尽量利用地形，减少挖填方数量； ③争取在场区内挖填平衡，降低运输费； ④有一定泄水坡度，满足排水要求. ⑤场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定： A.小型场地――挖填平衡法； B.大型场地――最佳平面设计法(用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小)。 1、初步标高(按挖填平衡)，也就是设计标高。如果已知设计标高，1.2步可跳过。 场地初步标高： H0=(∑H1+2∑H2+3∑H3+4∑H4)/(4*M) H1－－一个方格所仅有角点的标高； H2、H3、H4－－分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高. M ——方格个数. 2、地设计标高的调整 按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整. 按泄水坡度调整各角点设计标高： = Li :H0 ±Hn ①单向排水时，各方格角点设计标高为 = L yi y Lx ix ②双向排水时，各方格角点设计标高为：HnH0±± 3.计算场地各个角点的施工高度
施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度.各方格角点的施工高度按下式计算： 式中 hn------角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为挖)，m； n------方格的角点编号(自然数列1，2，3，…，n). Hn------角点设计高程， H------角点原地面高程. 4.计算“零点”位置，确定零线 方格边线一端施工高程为“+”,若另一端为“-”,则沿其边线必然有一不挖不填的点，. )所示1-4如图(即“零点” 零点位置图1-4 零点位置按下式计算： ；x2 ——角点至零点的距离,mx1式中、 ),m；——相邻两角点的施工高度、h2 (均用绝对值 h1m. —方格网的边长， a 计算方格土方工程量5.. 1-3表所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量按方格底面积图形和 常用方格网点计算公式1-3 表
Matlab实现格子玻尔兹曼方法
Matlab实现格子玻尔兹曼方法 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % cylinder.m: Flow around a cyliner, using LBM %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % This program is free software; you can redistribute it and/or % modify it under the terms of the GNU General Public License % as published by the Free Software Foundation; either version 2 % of the License, or (at your option) any later version. % This program is distributed in the hope that it will be useful, % but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of % MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the % GNU General Public License for more details. % You should have received a copy of the GNU General Public % License along with this program; if not, write to the Free % Software Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, % Boston, MA 02110-1301, USA. %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clear % GENERAL FLOW CONSTANTS lx = 250; ly = 51; obst_x = lx/5+1; % position of the cylinder; (exact obst_y = ly/2+1; % y-symmetry is avoided) obst_r = ly/10+1; % radius of the cylinder uMax = 0.02; % maximum velocity of Poiseuille inflow Re = 100; % Reynolds number nu = uMax * 2.*obst_r / Re; % kinematic viscosity omega = 1. / (3*nu+1./2.); % relaxation parameter maxT = 400000; % total number of iterations tPlot = 5; % cycles % D2Q9 LATTICE CONSTANTS t = [4/9, 1/9,1/9,1/9,1/9, 1/36,1/36,1/36,1/36]; cx = [ 0, 1, 0, -1, 0, 1, -1, -1, 1]; cy = [ 0, 0, 1, 0, -1, 1, 1, -1, -1]; opp = [ 1, 4, 5, 2, 3, 8, 9, 6, 7]; col = [2:(ly-1)]; [y,x] = meshgrid(1:ly,1:lx); obst = (x-obst_x).^2 + (y-obst_y).^2 <= obst_r.^2; obst(:,[1,ly]) = 1;
Matlab实现玻尔兹曼晶格模拟
Matlab实现格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)模拟clear % GENERAL FLOW CONSTANTS lx = 250; ly = 51; obst_x = lx/5+1; % position of the cylinder; (exact obst_y = ly/2+1; % y-symmetry is avoided) obst_r = ly/10+1; % radius of the cylinder uMax = 0.02; % maximum velocity of Poiseuille inflow Re = 100; % Reynolds number nu = uMax * 2.*obst_r / Re; % kinematic viscosity omega = 1. / (3*nu+1./2.); % relaxation parameter maxT = 400000; % total number of iterations tPlot = 5; % cycles % D2Q9 LATTICE CONSTANTS t = [4/9, 1/9,1/9,1/9,1/9, 1/36,1/36,1/36,1/36]; cx = [ 0, 1, 0, -1, 0, 1, -1, -1, 1]; cy = [ 0, 0, 1, 0, -1, 1, 1, -1, -1]; opp = [ 1, 4, 5, 2, 3, 8, 9, 6, 7]; col = [2:(ly-1)]; [y,x] = meshgrid(1:ly,1:lx); obst = (x-obst_x).^2 + (y-obst_y).^2 <= obst_r.^2; obst(:,[1,ly]) = 1; bbRegion = find(obst); % INITIAL CONDITION: (rho=0, u=0) ==> fIn(i) = t(i) fIn = reshape( t' * ones(1,lx*ly), 9, lx, ly); % MAIN LOOP (TIME CYCLES) for cycle = 1:maxT % MACROSCOPIC VARIABLES rho = sum(fIn); ux = reshape ( ... (cx * reshape(fIn,9,lx*ly)), 1,lx,ly) ./rho; uy = reshape ( ... (cy * reshape(fIn,9,lx*ly)), 1,lx,ly) ./rho; % MACROSCOPIC (DIRICHLET) BOUNDARY CONDITIONS
方格网计算步骤及方法
方格网计算步骤及方法 ； —— ——
2. 常用方格网计算公式
) 注：1 ）a ——方格网的边长,m ； b 、 c ——零点到一角的边长,m ； h 1,h 2,h 3,h 4——方格网四角点的施工高程,m ，用绝对值代入； Σh ——填方或挖方施工高程的总和 ,m ，用绝对值代入； ——挖方或填方体积,m 。 2）本表公式是按各计算图形底面积乘以平均施工高程而得出的。 土方量的计算是建筑工程施工的一个重要步骤。工程施工前的设计阶段必须对土石方量进行预算,它直接关系到工程的费用概算及方案选优。在现实中的一些工程项目中，因土方量计算的精确性而产生的纠纷也是经常遇到的。如何利用测量单位现场测出的地形数据或原有的数字地形数据快速准确的计算出土方量就成了人们日益关心的问题。比较经 常的几种计算土方量的方法有：方格网法、等高线法、断面法、DTM 法、区域土方量平衡法和平均高程法等。 1、断面法 当地形复杂起伏变化较大，或地狭长、挖填深度较大且不规则的地段，宜选择横断面法进行土方量计算。
上图为一渠道的测量图形，利用横断面法进行计算土方量时，可根据渠LL，按一定的长度L设横断面A1、A2、A3……Ai等。 断面法的表达式为 (1) 在（1）式中，Ai-1，Ai分别为第i单元渠段起终断面的填(或挖)方面积；Li为渠段长；Vi为填(或挖)方体积。 土石方量精度与间距L的长度有关，L越小，精度就越高。但是这种方法计算量大, 尤其是在范围较大、精度要求高的情况下更为明显;若是为了减少计算量而加大断面间隔，就会降低计算结果的精度; 所以断面法存在着计算精度和计算速度的矛盾。 2、方格网法计算 对于大面积的土石方估算以及一些地形起伏较小、坡度变化平缓的场地适宜用格网法。这种方法是将场地划分成若干个正方形格网，然后计算每个四棱柱的体积，从而将所有四棱柱的体积汇总得到总的土方量。在传统的方格网计算中，土方量的计算精度不高。现在我们引入一种新的高程内插的方法，即杨赤中滤波推估法。 2.1杨赤中推估 杨赤中滤波与推估法就是在复合变量理论的基础上，对已知离散点数据进行二项式加权游动平均，然后在滤波的基础上，建立随即特征函数和估值协方差函数，对待估点的属性值（如高程等）进行推估。 2.2待估点高程值的计算 首先绘方格网, 然后根据一定范围内的各高程观测值推估方格中心O的高程值。绘制方格时要根据场地范围绘制。 由离散高程点计算待估点高程为
小学科学案例用数格子方法“比较叶的大小”教学一得
描*数*算 ——用数格子方法“比较叶的大小”教学一得 比较叶的大小是一个非常有趣、有意义的活动。小朋友常常会用到数格子的方法比较叶的大小，从而经历了简单的大小比较观察和测量过程。 笔者在备课时，觉得这种方法比较简单，而且课本中又有这种方法的介绍并配有插图，因此没有多加思考。教学这一环节时，当学生大致描述了操作步骤后，我就发给每个学生一张事先印好的方格纸，让学生独立来完成。没想到很多小朋友遇到了困难。有些小朋友拿着不平整的叶子无从着手，按住了树叶的这边，翘起了那头，急得满脸通红，描下来的叶子轮廓弯弯扭扭很不准确；有些小朋友因为格子太多数了不知从那里数起；有些小朋友好不容易数到一百八十，一不留神忘记了，又得重数；还有些看着描好的叶子轮廓不知不完整的格子怎么处理，只好坐在那里发呆。教室里乱得一团糟，教学效果可想而知。 出现这样的教学现象和效果，真出乎我的意料。课后，我对学生出现的问题进行了仔细的分析、归类： 1、叶子不平整，轮廓描不出。 运用数格子的方法时，小朋友必须先把叶子轮廓描在格子上，如果叶子不平整，学生就很难完成这个看似简单易操作的任务。 2、所占格子多而数不清。 我发给他们的方格纸里的格子多而小，准备了小叶子的学生，容易操作，很快完成了，而喜欢大叶子的学生就麻烦了，他们的叶子占的格子有的有一百多格，有的甚至两百多格，密密麻麻，眼睛都看花了。 3、格子不完整计算有困难。 叶子轮廓中会出现许多不完整的格子，这些格子合计起来要占不少的面积，处理这些格子有困难。 “如果这些问题让我自己来解决，我行吗？”我这样反问自己，发现自己也是一片茫然。连老师都有困难完成的事情，学生怎能独立完成呢？更何况他们还是三年级刚接触科学课的小朋友。 那么，如何能较好地处理这些问题？我一时找不到较好的处理办法。后来，我作出一个大胆的设想。“到课堂上让小朋友来讨论这些问题，我到时因势利导可能会有意外的收获。”带着这样的想法，我在平行班三（2）班教学这一环节时，改变了做法。 当学生提出用数格子的方法并描述了操作过程以后。我让学生小组讨论“要是叶子不平整你们准备怎么描轮廓？”想不到学生很快想出了办法，更令我佩服的是他们还想出了三种简便的方法。 方法整理如下： 一、叶子反扣法 由于新鲜的叶子不平整，把叶子反扣在格子上，叶子的边缘就能紧紧贴在格子上，小朋友沿着边缘描下叶子轮廓不成问题。 二、轮廓拓印法（一） 用水彩笔在叶子的边缘上涂一圈颜料，把叶子的轮廓拓印在格子上。 三、轮廓拓印法（二）
作文格子制作方法
作文格子制作方法 有时候自己给学生出语文试卷，需要作文格子时，不熟悉制作方法，又没有现成的，很是伤脑筋。特别是不同版本的Word，有时候还连不了网，以及一页试卷有一般是试题，紧接着是半张作文纸等等情况；面对各种情况，在多方学习之后，特总结制作方法如下：另外附做成的作文格子一张，供需要的同行使用。 一般Word2003的稍微麻烦些，由于版本原因，可能没有“稿纸”这一项，有的使用“新建文档---稿纸导向之类的方法做”，但我觉得还是直接安装个“稿纸加载项”好用些。 具体Word2003的版本可以如下操作： 可以打开网页 https://www.wendangku.net/doc/4217026056.html,/downloads/zh-cn/confirmation.aspx?displaylan g=zh-cn&FamilyID=6730ff58-875d-4772-a3b3-3895de9c0b2f 先下载一个Word的加载项-稿纸，GenkoSetup_CHS.msi这个文件仅仅504KB，下载后，双击GenkoSetup_CHS.msi进行安装。安装完毕后，启动Word，在格式菜单中你会发现一个新的菜单“稿纸设置”，其他的自己按需要设置就行了。如果还想做的更好些，比如每一百字标注一次之类的，可以深入学习一下“稿纸功能”。 如果是Word2007就好办多了，此版本增加了这个功能，只要找到对应工具可以直接应用。所以2007版本的只是稍微提一下就可以了。 Word 2007的版本具体操作如下： 1、打开Word2007； 2、点击“页面布局”选项； 3、找到“稿纸”的“稿纸设置”功能区并单击； 4、在“格式”那个下拉菜单里选择“方格式稿纸”，其他的自己按需要设置就可以了。 但目前我们很多学校还有比较多的是2003版本，所以重点是希望交流一下2003的制作方法；当让还有就是直接插入表格，再设置，这样可以做好，但工作量太大了。下面还附了一张做好了的作文纸。
lbm波尔兹曼算法
波尔兹曼方法基本原理 格子Boltzmann 方法是使用简单的微观模型来模拟流体的宏观行为的一种新的方法。格子Boltzmann 方法是建立在微观粒子运动论基础上的数值计算方法。其求解过程一般需要通过编程来实现！ 一般来说研究流体的行为有两种方法：一种是从宏观的角度出发，假设流体连续分布于整个流场，注入密度、速度、压力等物理量均是时间可空间的足够光滑的函数。另一种是从微观的角度，从非平衡统计力学的观点出发，假设流体是由大量的微观的例子组成，这些例子遵守力学定律，同时服从统计定律，运用统计的方法来讨论流体的宏观性质。 然而流体是由大量的粒子组成的，当我们从宏观的角度研究流体行为的时候，并没有涉及到单个粒子的行为。通常我们所感兴趣的事代表某个点的宏观量，例如密度、速度、压力。根据连续性假设我们可以推导出N-S 方程，并且利用数学上的微积分知识来求解，然而由于N-S 方程是高度非线性化的偏微分方程，仅仅一些具有简单变界或者比较严格物理闲着的现象才能够得到理论分析界，如果从微观的角度了研究单个粒子的真是行为，对于一个包含大量例子的系统来说粒子的运动方程往往是得不到解的。统计学可以考虑整个系统所有的状态以及处理这个状态的概率来解决这些困难，对于稀薄气体所得到的就是Boltzmann 方程，但是得到的方程还不够，我们还要借助于统计方法得到流体的宏观性质，这就要求解Boltzmann 方程，然而Boltzmann 方程是一非线性微分方程，一般情况下严格求解也是非常困难的。 格子气方法是近年来发展起来的模拟流体力学以及其他系统的比较新的方法，格子气自动机模拟流场，就是将流体及其存在的时间和空间完全离散，给出离散的流体粒子之间相互作用以及迁移的规则。流体只存在于空间网格上，用一系列布尔变量,.....,2,1)(,(b i t x n i =来描述在时刻t 位于x 处节点的每一个速度方向是否有粒子存在，其中b 表示每一个节点的速度方向的数目，粒子在每一个时间步长的演化包括两部分：()a 迁移，粒子沿它的速度方向向距离最近的节点运动；()b 碰撞，当不同的粒子同时到达某个节点时，按照一定的碰撞规则发生碰撞并改变运动的方向，格子气模型具有两重 意义： ()a 尽可能建立一个简单的模型是指能够用来模拟一个有大量粒子组成的系统；()b 反映粒子真实碰撞的本质，这样经过长时间我们可以获得流体的宏观特性。 粒子的演化过程能够用来模拟宏观的流体过程是基于下列事实，即流体的宏观特性是系统内大量粒子整体行为的结果。分子之间的相互作用可以改变流体的传输特性，比如粘度，但是并不改变宏观方程的基本形式。 格子气的HPP 模型与FPH 模型 HPP 模型将流体存在的空间划分为间距为单位长度的正方形网格，将流体想象成许多有质量没有体积的微小粒子组成，在同一时刻同一网格节点上，每一个速度方向最多允许存在一个粒子，每个粒子可以向四个方向的其中之一运动，并且遵守以下碰撞准则：当且仅当只有两个粒子沿相反方向达到某节点时（对头碰撞），它们沿另外的两个方向离开该节点，其他情形则直接穿透，PHP 模型则是将流场划分为间距为单位长度的正三角网格，并且增加了相应的碰撞准则。 格子气的微观方程 为简单起见，以HPP 模型为例，用()x ,t n i 代表在时刻t 位置x 处的节点上第i 个方向的粒子数，则整个布尔场的更新可以写成 ()()()()231312,1++++++-Λ-ΛΛ-Λ-ΛΛ-Λ=++i i i i i i i i i i i n n n n n n n n n e x t n ν
方格网法土方量计算的计算原理和方法
方格网法土方量计算的计算原理和方法 文章类别：工程论文 摘要：下文分析了方格网法进行土石方量计算的使用原理，提出了一种适用于平整场地后地面不为平面的工程土方量的计算方法。 关键词：土方量计算，方格网法，计算方法，原理 1引言 土方量计算方法有许多种，目前我们比较常用的有断面法、DTM法、等高线法和方格网法等4种土方量计算方法。断面法、DTM法、和等高线方法只适于基准面为平面的土方量的计算，对于基准面为斜面或不规则形状，则不能直接应用上述方法。对这种情况，可假设一个共同的基准面，计算场地平整前后相对于该基准面的填挖方量，两次填挖方量的差就是所要求的填挖方量。下面就方格网法土方量计算的计算原理和方法进行阐述。 2方格网法 当建筑场地规整、地形较为平坦，场地设计标高尚未确定或已经确定时，均可以采用方格网法进行土方计算。该方法首先将场地划分为若干方格(一般为边长5～20m的正方形)，从地形图或实测得到每个方格角点的自然标高，由给出的地面设计标高，根据各点的设计标高与自然标高之差，求出零线位置，进而求出各方格的工程量，所有方格的工程量之和即为整个场地的工程量。 2．1方格网四角原始高程数据的计算 从原始地形图中直接剖取，可按地形图上的等高线用内插法求得或采用就近原则进行剖取计算。把测区的地形表面按一定的格网间距dx、dy(一般dx=dy)进行格网化，然后求出每个方格中心点的高程作为该方格面元的平均高程，最后按一定排列(如按行或列)进行存储，从而得到基于规则格网的面元DTM。 2．2方格网四角设计高程的计算 量算方格点的地面高程，注在相应方格点的右上方。为使挖方与填方大致平衡，可取各方体积点高程的平均值作为设计高程H0，则各方格点的施工标高hi为：hi=H0-Hi将施工标高注在地面高程的下面，负号表示挖土，正号表示填土。在图上按设计高程确定填挖边界线，根据方格四个角点的施工标高符号不同。可选择以下四种情况之一，计算各方格的填挖方量。 (1) 四个角点均为填方或均为挖方 (2)相邻两个角点为填方，别外相邻两个角点为挖方(如图a) (3]三个角点为挖方，一个角点为填方(如图b} 如果三个角点为填方，一个角点为挖方，则上、下两计算公式等号右边的算式以调。 (4)相对两个角点为连通的填方，另外相对两个角点为独立的挖方(如图c)
格子玻尔兹曼方法(LBM)及其在微通道绕流中的应用
2019年第19卷第1期 编辑李文波 安全数值模拟专栏 格子玻尔兹曼方法（LBM)及其在 微通道绕流中的应用 冯俊杰，孙冰，姜杰，徐伟，石宁 (中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛266071 ) 摘要：卜绍了格子玻尔兹曼方法基本理论 与计算方法，并建立了D2Q9计算模型，对宏观尺 度及微通道中的非稳态绕流进行了数值模拟，得 到了绕流过程的速度分布和涡量分布等信息，对 流场结构、固体阻力、尾涡脱落等变化规律进行了 分析。结果表明，格子玻尔兹曼方法以其计算稳 定、效率高等优势能够应用于微反应器领域的数值 模拟；同等液相停留时间条件下，微反应器中的圆柱 绕流湍动程度明显降低，未形成周期性涡流，流动更 加均勾稳定，有助于实现化学反应的精确控制。 关键词：（LBM)微反应器通 0 前言 微反应器在提高反应过程安全性、缩短反应 间、提高转化率、灵活生 面具有独特的优势，实现微通道 的精确测定和控制是微反应器发挥诸多优势的保障和广泛应用的基础[1]。由于微通道内的 具有尺度小、多尺度、相界面与复杂的特点，传统的计 体力学（CFD)方作为宏观模 在着诸多 ，而格子玻尔兹曼方法（lattice Boltzmann method，LBM)突破 了计 的框架， 离散模 发，通群的碰撞和迁移代 的体模型，更接近 的微观本质，在微流控领域具有明 显的优势[—3]。 格子玻尔兹曼 的体离散 为在网格 的介观 ，通过计 的碰 撞和迁移规律得到 布函数，进而统计计算到宏观变量如压力、速度 布规律，创造性地了模 体 的模 离散模型 的转变[]。LBM平 计物理 学的Boltzmann方程，因而能成为联系微观 尺 度与宏观尺度之间的 [5_6]。的C FD方法 宏观的 ，而难以计：些 不符合 者难以用宏观方程描述的 系统，对于这些体系往往 借助微观的 '动 力学 体动理论来进行描述[]。对 力 学来说必须同时跟踪大量 的运动，实际求解 的计算量 大。在这 ， 论和概率统计力学的LBM就成为 有 法，其具有更高的计算效率，并且容易 行计 收稿日期=2018-07-16 作者简介：I俊杰，博士，工程师，2016年毕业于 北京化工大学化学工程与技术专业，现于中国 石化青岛安全工程研究院从事本质安全化技 术、反应器工程等方面工作。 SAFETY HEALTH & ENVIRONMENT U7
连续系统离散化处理基本方法
在数字计算机上对连续系统进行仿真时，首先遇到的问题是如何解决数字计算机在数值及时间上的离散性与被仿真系统数值及时间上的连续性这一基本问题。 从根本意义上讲，数字计算机所进行的数值计算仅仅是“数字”计算，它表示数值的精度受限于字长，这将引入舍入误差；另一方面，这种计算是按指令一步一步进行的，因而，还必须将时间离散化，这样就只能得到离散时间点上系统性能。用数字仿真的方法对微分方程的数值积分是通过某种数值计算方法来实现的。任何一种计算方法都只能是原积分的一种近似。因此，连续系统仿真，从本质上是对原连续系统从时间、数值两个方面对原系统进行离散化，并选择合适的数值计算方法来近似积分运算，由此得到的离散模型来近似原连续模型。如何保证离散模型的计算结果从原理上确能代表原系统的行为，这是连续系统数字仿真首先必须解决的问题。 设系统模型为：),,(t u y f y =&，其中u (t )为输入变量，y (t )为系统变量；令仿真时间间隔为h ，离散化后的输入变量为)(?k t u ，系统变量为)(?k t y ，其中k t 表示t=kh 。如果)()(?k k t u t u ≈，)()(?k k t y t y ≈，即0)()(?)(≈-=k k k u t u t u t e ，0)()(?)(≈-=k k k y t y t y t e （对所有k=0,1,2,…），则可认为两模型等价，这称为相似 原理（参见图）。 实际上，要完全保证0)(,0)(==k y k u t e t e 是很困难的。进一步分析离散化引的误差，随着计算机技术的发展，由计算机字长引入的舍入误差可以忽略，关键是数值积分算法，也称为仿真建模方法。相似原理用于仿真时，对仿真建模方法有三个基本要求： （1）稳定性：若原连续系统是稳定的，则离散化后得到的仿真模型也应是稳定的。关于稳定性的详细讨论将在节中进行。 （2）准确性：有不同的准确性评价准则，最基本的准则是： 绝对误差准则：δ≤-=)()(?)(k k k y t y t y t e 相对误差准则：δ≤-= )(?)()(?)(k k k k y t y t y t y t e 其中 规定精度的误差量。 原连续模型 仿真模型 )(≈k y t e 图 相
方格网计算原理
五、计算原理 方格网计算方法是一种在竖向布置场地平整工程量计算中较常用的方法。它是将绘有等高线的现场地形图划分为若干数量的方格，然后按设计标高和自然标高计算出施工高程（即挖、填高程），进而计算出挖填方工程量。其基本步聚： 1、方格的划分和施工高程的确定 常用的方法是根据地形图，以20m ×20m 、30m ×30m 等确定方格，施工高程为挖、填土石方的施工高度，以“+”表示挖方，即自然高程大于设计高程；“—”表示填方，即自然高程小于设计高程。施工高程的计算公式为： 施工高程 = 自然高程 — 设计高程 2、求零线 零线是划分挖与填的分界线，它是方格边线上施工高程为零的连线。求零线点有公式法 和图解法。 公式法： 零点位置按下列公式计算：2 111h h ah +=X 12X a X -= 式中：x1、x2 ——角点至零点的距离； a —— 方格网边长； h1、h2—— 相邻两点的施工高程的 绝对值。 3、土石方量计算公式 （A ）挖（或填）土石方量是按各计算图形 的底面积乘以平均施工高度而得出的。常用 的方格网点土石方量可按下列公式计算： （B ）三角棱柱的体积计算方法 计算时先把方格网顺地形等高线将各个方
格划分成三角形，每个三角形的三个角点的填挖施工高度，用h 1、h 2、h 3表示。当三角形三个角点全部为挖或全部为填时其挖填方体积为：）（3212 h h h *6 a ++=V 三角形三个角点有填有挖时，零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体，其锥体部分的体积为： ) )((*6a 3231332h h h h h V ++=锥 楔形部分的体积为：??????++-++=1233231332))((*6h h h h h h h h a V 锲
离散化方法总结
离散化方法 1引言 2离散化方法 模拟调节器的离散化方法有许多种，下面介绍几种常用的离散化方法。 2.1差分变换法 当模拟调节器采用微分方程来表示时，其导数可以用差分方程近似。假设通过模拟化的设计方法得到了一个控制器的传递函数，首先将传递函数转化成相应的微分方程，然后通过常用的差分近似方法对导数进行离散化，常用的差分近似有前向差分和后向差分两种。为了便于编程，通常采用后向差分法。 (1) 一阶后向差分 一阶导数采用的近似算式如下 ()(1)du u k u k dt T --≈(1) (2) 二阶后向差分 二阶导数采用的近似算式如下 22 ()()2(1)(2)d u t u k u k u k dt T --+-≈(2) 其中 T 为采样周期。 2.2 零阶保持器法 零阶保持器法又称为阶跃响应不变法，其基本思想是：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列必须与模拟调节器的阶跃响应的采样值相等。其中采用的零阶保持器的传递函数为 1()Ts e H s s --=(3) 其中，T 为采样周期。 假设一个模拟控制器的传递函数为D (s)，采用零阶保持器法对其进行离散化时，应将H(s)包含在内，即： ()[()()]D z Z H s D s = 2.3 双线性变换法(Tustin 变换法) 双线性变换法又称为Tustin 变换法，它是直接将s 域函数转化成z 域的一种近似方法。已知一个连续传递函数D (s)，则D (z)为 211 ()()z s T z D z D s -=+= 其中，T 为采样周期。 3 计算机辅助设计 已知一个连续控制器的传递函数为2 0.5()(1)s D s s +=+，分别采用零阶保持器法和双线性变换
方格网法土方计算
方格网法土方计算 方格网计算步骤及方法 、—— ——
2. 常用方格网计算公式
注：1）a ——方格网的边长,m ； b 、 c ——零点到一角的边长,m ； h 1,h 2,h 3,h 4——方格网四角点的施工高程,m ，用绝对值代入； Σh ——填方或挖方施工高程的总和 ,m ，用绝对值代入； ——挖方或填方体积,m 。
2）本表公式是按各计算图形底面积乘以平均施工高程而得出的。 方格网法。将场地划分为边长10—40m的正方形方格网，通常以20m居多。再将场地设计标高和自然地面标高分别标注在方格角上，场地设计标高与自然地面标高的差值即为各角点的施工高度（挖或填），习惯以“+”号表示填方，“－”表示挖方。将施工高度标注于角点上，然后分别计算每一方格地填挖土方量，并算出场地边坡的土方量。将挖方区（或填方区）所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得场地挖方量和填方量的总土方量。 为了解整个场地的挖填区域分布状态，计算前应先确定“零线”的位置。零线即挖方区与填方区的分界线，在该线上的施工高度为零。零线的确定方法是：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点的位置，将各相邻的零点连接起来即为零线。零线确定后，便可进行土方量计算。方格中土方时的计算有两种方法，即四角棱柱体和三角棱柱体法。 ①四角棱柱的体积计算方法。方格四个角点全部为填或全部为挖，其挖方或填方体积为： V=a2（h 1+h 2 +h 3 +h 4 ）/4 式中：h 1、h 2 、h 3 、h 4 —方格四然点挖或填的施工高度，均取绝对值，m； a—方格边长。 方格四个角点中，部分是挖方、部分是填方时，其挖方或填方体积分别为： V 1、2=a2/4×[h 1 2/（h 1 +h 4 ）+h 2 2/（h 2 +h 3 ）] V 3、4=a2/4×[h 3 2/（h 2 +h 3 ）+h 4 2/（h 1 +h 4 ）] 方格中三个角点为挖方（或填方）另一角点为填方时（或挖方）时，其填方部分的土方量为： V 4=a2h 4 3/6（h 1 +h 4 ）(h 3 +h 4 ） 其挖方部分土方量为: V 1、2、3=a2（2h 1 +h 2 +2h 3 -h 4 ）/6+V 4 ②三角棱柱体的体积计算方法。计算时先顺地形等高线将各个方格划分成三角形， 每个三角形三个角点的填挖施工高度用h 1、h 2 、h 3 表示。当三角形三个角点全部为挖或全部
用格子玻尔兹曼方法研究流动_反应耦合的非线性渗流问题
用格子玻尔兹曼方法研究流动2反应耦合的 非线性渗流问题 3 许友生 1)2) 李华兵 3)4) 方海平3) 黄国翔 1) 1)(华东师范大学物理系,上海 200062)2) (浙江师范大学物理系,金华 321004) 3) (中国科学院上海应用物理研究所,上海 201800) 4) (桂林电子工业学院计算科学与应用物理系,桂林 541004)(2003年10月28日收到;2003年12月1日收到修改稿) 根据格子玻尔兹曼计算技术以及相应渗流理论,对多孔介质内流动2反应(矿物介质的溶解等)耦合这一非线性渗流问题进行了数值研究,计算结果与解析解基本符合.数字图像重构技术反映的结果表明流体流动和反应之间可以发生强烈的耦合和反耦合作用,同时可以形成条带结构这一自组织现象,与实验和其他理论分析结果符合也很好. 关键词:非线性渗流,耦合反应,数值模型 PACC : 4755M ,0340 3 国家自然科学基金(批准号:10372094和10274021)、浙江省自然科学基金(批准号:M103082)及浙江省教育厅科研基金(批准号:20020871)资助的课题. E -mail :XY S.001@https://www.wendangku.net/doc/4217026056.html, 11引言 流动2反应(矿物介质的溶解等)耦合渗流是伴有化学反应和复杂物理过程的动力学问题,其研究领域涉及多孔介质中流体的对流、扩散、弥散、吸附、浓缩、分离、互溶、传热、传质、相变、离子交换、中和、氧化等过程,应用范围主要包括地下资源开采、地球物理、生物渗流、工程渗流等领域.这类问题具有非平衡性、多尺度性、随机性等非线性特征,可以视为一个复杂的巨系统.研究这类问题通常采用以下两种方法. 1)理想化模型 用一个通过适当简化的模型替代实际的多孔介质,从而对体系中发生的流动2反应耦合现象可以很方便地用数学方法进行精确的理论分析[1] .值得注意的是,尽管这类模型比较简单,却仍然可以把影响流动2反应耦合现象的主要因子考虑在内. 2)微观统计模型 运用统计物理理论,构造出一个孔隙内流体质点可分辨的微观运动统计模型, 对质点的各类运动加以平均后得到流体的宏观描 述 [2] . 用上述两种模型得到的结果正确与否,需要靠 实验来检验,尽管利用数学分析可以将某些问题考虑得更细致一些,但把数据与介质之间的基本性质联系起来,仍然需要实验加以确定.这些传统的方法在计算流体速度、压力等物理量时,一般都在宏观Navier 2Stokes 方程基础上做有限差分离散后,得到代 数方程,从而得到数值结果.这种数值处理方法,由于其表面上的复杂性往往掩盖了渗流问题在微观上的简单性,比如空隙介质中多相流的相互驱替等现象只是大量流体粒子之间以牛顿方程的规则相互作用的动力学集中表现,而统计力学认为流体是由大量的微观粒子组成的,粒子的运动遵守经典力学定律的同时,还服从微观统计定律.近几年逐渐兴起的 格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method ,即 LBM )[3,4] 正是这样一种简单化的微观数值分析体 系,通过运用统计物理方法讨论多孔介质内流体的宏观性质.这种方法在流体速度空间中的传播算子(演化步骤)是线性的,配合碰撞算子(弛豫过程)和 第53卷第3期2004年3月100023290Π2004Π53(03)Π0773205 物 理 学 报 ACT A PHY SIC A SI NIC A V ol.53,N o.3,March ,2004 ν2004Chin.Phys.S oc.
离散化方法研究
东南大学自动化学院 实验报告课程名称：计算机控制技术 第二次实验 实验名称：离散化方法的研究 院（系）：自动化专业：自动化 姓名：学号： 实验室：实验组别： 同组人员：实验时间：2012 年3月26日 评定成绩：审阅教师：
一、实验目的 1．学习并掌握数字控制器的设计方法（按模拟系统设计方法与按离散设计方法）； 2．熟悉将模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法（按模拟系统设计方法）； 3．通过数模混合实验，对D(S)的多种离散化方法作比较研究，并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。 二、实验设备 1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台 2．PCI-1711数据采集卡一块 3．PC机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server”) 三、实验原理 由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D和D/A）取代了常规的模拟控制。在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化。在介绍设计方法之前，首先应该分析计算机控制系统的特点。图3-1为计算机控制系统的原理框图。 图3-1 计算机控制系统原理框图 由图3-1可见，从虚线I向左看，数字计算机的作用是一个数字控制器，其输入量和输出量都是离散的数字量，所以，这一系统具有离散系统的特性，分析的工具是z变换。由虚线II向右看，被控对象的输入和输出都是模拟量，所以该系统是连续变化的模拟系统，可以用拉氏变换进行分析。通过上面的分析可知，计算机控制系统实际上是一个混合系统，既可以在一定条件下近似地把它看成模拟系统，用连续变化的模拟系统的分析工具进行动态分析和设计，再将设计结果转变成数字计算机的控制算法。也可以把计算机控制系统经过适当变换，变成纯粹的离散系统，用z变化等工具进行分析设计，直接设计出控制算法。 按模拟系统设计方法进行设计的基本思想是，当采样系统的采样频率足够高时，采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统，此时忽略采样开关和保持器，将整个系统看成是连续变化的模拟系统，用s域的方法设计校正装置D(s)，再用s域到z域的离散化方法求得离散传递函数D(z)。为了校验计算结果是否满足系统要求，求得D(z)后可把整个系统闭合而成离散的闭环系统。用z域分析法对系统的动态特性进行最终的检验，离散后的D(z)对D(s)的逼真度既取决于采样频率，也取决于所用的离散化方法。离散化方法虽然有许多，但各种离散化方法有一共同的特点：采样速率低，D(z)的精度和逼真度越低，系统的动态特性与预定的要求相差就越大。由于在离散化的过程中动态特性总要变坏，人们将先设计D(s)再进行离散化的方法称为“近似方法”。
方格网法土方计算公式
方格网法土方计算公式（原理）__飞时达土方计算 飞时达土方计算软件采用双向切分三棱锥平均值计算土方量。希望大家好好对照方格网计算公式，手工计算和我们软件计算，好好对比下，计算出来结果是一样的。 根据各角点施工高度的不同，零线（即方格边上施工高度为零、不填不挖的点的连线）可能将三角形划分为两种情况：三角形全部为挖方或全部为填方以及部分挖方和部分填方。 土方计算软件产品经理QQ：124230688 （各种各样土方工程量计算项目都有涉及）注：更详细计算方法可参见《建筑施工》（第三版）P11～13页 1、全填全挖的计算公式： V=[a2*(h1+h2+h3)]／6
a：指方格的边长 h1 h2 h3 值的三角形的各点的施工高度。 举例：下面是一个全填方的网格（20*20），请看软件详细的计算过程： 第一种对角线 第一种对角线的情况：V1=[202*(6.61+5.84+10.88)]／6 =1555.3333333333 V2=[202*(10.62+5.84+10.88)]／6 =1822.66666666 总量：3377.9999999
第二种对角线 第二种对角线的情况：V1=[202*(6.61+5.84+10.62)]／6 =1538 V2=[202*(10.62+6.61+10.88)]／6 =1874 总量：3412 【第一种情况+第二种情况】/ 2 =(3378+3412)/2=3395 (正好和网格里的对上了) 全挖的情况和全填的情况是一样的计算过程。 2、部分填部分挖的计算公式：
由于零线将三角形划分成底面为三角形的锥体和底面为四边形的锲体，锥体和楔体体积公式分别： 锥体的体积计算公式： V锥体=(a2/6)×{h33/[(h1+h3) ×(h2+h3)]} 楔体的体积计算公式： V楔体=(a2/6)×{h33/ [(h1+h3) ×(h2+h3)]－h3+h2+h1} 注意：h1、h2、h3—三角形角点的施工高度（均用绝对值代入），但是h3恒指锥体顶点的施工高度，a指的是网格的边长